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关 键 词：五金模镀DLC
行 业：机床 特种/专用机床 表面处理
发布时间：2019-09-05
类金刚石碳(Diamond-like Carbon，DLC)中除无定型结构的碳之外，还包含有少量的金刚石微晶、石墨微晶等，其物理性能与金刚石非常相似。由于制备类金刚石的原料为碳氢化合物，因此在类金刚石中除碳外，还含有较多的碳-氢基团;随其中碳-氢基团的种类和数量不同，类金刚石的性质亦有较大变化
常见的制备DLC 薄膜的方法有真空蒸发 、溅射、等离子体辅助化学气相沉积、离子注入
等。这些方法中, 传统的真空蒸发镀膜法具有较高的沉积速度, 生成的薄膜纯度高, 但由于热蒸发的原子或分子在基板上能量很低(约0??2 eV ), 其表面迁移率很低, 导致薄膜与基体结合强度差, 加上已经沉积的原子对后来飞到的原子会造成阴影效果, 使得真空蒸发镀膜技术的应用受到很大的限制。离子注入法能使材料的摩擦因数、耐磨性、耐腐蚀性等发生显着变化, 而且注入层与基体材料之间没有清晰的界面, 因而与基体结合牢固, 表面不存在粘附破裂或剥落。然而, 离子注入的注入层太薄, 仅数百纳米, 在耐磨工况下应用受到一定限制。
为了克服真空蒸发镀膜法结合力差以及离子注入法注入层浅的问题, 科研人员把薄膜蒸发沉积与离子注入技术结合起来, 研究出了真空蒸发离子束辅助沉积技术[ 5, 6] 。该技术在用蒸发源(电子束) 将元素沉积在基片上的同时, 用离子轰击镀层, 以获得比离子注入层更厚、比蒸发镀膜法附着力更大的高性能致密膜层。因此这种方法有利于增强薄膜的摩擦学性能。本文作者用真空蒸发离子束辅助镀膜的方法制备了DLC薄膜, 测试了其摩擦学性能, 并对DLC 薄膜的表面形貌对其摩擦学行为的影响进行了研究。
弹簧钢及T i6A l4V球表面经真空蒸发离子束辅助镀膜处理后形成了光滑、致密的DLC薄膜, 摩擦学试验结果表明, DLC 薄膜降低了基体材料的摩擦因数, 改善了摩擦学性能。磨损表面的SEM 和AFM 分析表明, DLC 薄膜的表面磨损较轴承钢为轻, 表现出轻微的磨损痕迹, 表明弹簧钢基体经真空蒸发离子束辅助技术处理后, 表面摩擦学性能获得显着改善。AFM 分析还表明, T i6A l4V 球表面镀DLC 薄膜后,磨痕表面比磨损前原始表面平整光滑, 表面粗糙度小, 其摩擦学性能在摩擦过程中进一步得到改善。
有数种方法来生产类金刚石碳，但都是基于, sp杂化键比sp杂化键小很多的事实。因此原子尺度上压力、冲击、催化或者是几种方法的组合的应用可以迫使sp杂化碳原子结合在一起形成sp键合。这些作用必须足够强使得这些原子能够偏离sp键合的特性，而不能像弹簧一样变形回来。一般的技术，要有一种足够的压力，要么能够使sp杂化碳原子团簇深入到涂层内，使得没有足够的空间让sp杂化扩张回来，要么这些新的团簇就很快被下一轮新到来的碳所埋。可以把这个过程想象成为下冰雹一样的一种更局部化、更快、更加纳米的热压结合条件来生产天然和合成的金刚石。由于它们独立的发生在生长薄膜或涂层表面的许多地方，它们倾向于形成类似于鹅卵石街道一样的表面，其中鹅卵石是指sp杂化碳的结核或团簇。根据所使用的特定生产工艺，生产上会有很多碳沉积的周期，一些工艺例如连续的新碳元素到达比例和弹道运输可以促使sp键合形成。其结果就是，ta-C可能有”鹅卵石街道“的结构，或者说结核会融在一起，就像一块海绵或是鹅卵石一样，小到几乎不能看见。图示为一个常规的"中等"形貌的ta-C薄膜。
类金刚石碳（Diamond-like carbon，DLC）是存在有七种不同的形式，却表现出一些金刚石特性的无定形碳。由于它的一些特性，它通常被用作其它材料的涂层材料。所有的七种形式都拥有大量sp杂化的碳原子。它们属于不同类型的原因是，即使是金刚石也被发现有两种晶型：其中最常见的一种是立方晶体，而最不常见的一种(蓝丝黛尔石)是六方晶体。通过在纳米尺度结构的不同方法混合这些晶型，类金刚石涂层可以同时拥有非晶、有弹性，且是纯sp杂化连接的"金刚石"。其中最硬、最强、最光滑的是被称为 四面体非晶碳（ta-C）的一种混合物。例如，仅仅2微米厚度的ta-C涂层可以增加常规 (例如304型)不锈钢针对磨料磨损的抵抗力，从而增加其在这类使用中的寿命从1周到85年不等。这种ta-C可以被认为是"纯"形式的类金刚石碳，因为它仅仅由sp连接的碳原子组成。一些填料例如氢，石墨sp杂化碳，以及金属，被用在其它六种类金刚石碳中，以减少生产费用或者增加其它的一些性能。这些种类的类金刚石几乎可以用在任何具有兼容真空环境的材料中。在2006年，欧盟内的外包类金刚石涂层市场估计市值达约三千万欧元。2011年11月，每日科学杂质报告说斯坦福大学的研究人员已经在超高压的条件下制造出了一种超硬的非晶金刚石，它并没有金刚石的晶体结构，却拥有碳的轻质量。
本公司所制造的PVD真空镀膜设备具有很强的通用性和柔性,单机可完成几乎所有想要的单层及复合涂层,如TiN,TiCN,TiAlN,TiC,CrN,CrCN,DLC涂层,等等各类单层及复合涂层和纳米涂层,
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